第三章 可攀爬非等徑圓柱體機器人的機構設計
3.5 設計模型與動作分解
3.5.5 三種手爪分別於桿柱四個區段測詴
首先從圖3.9a圖3.9b所示於區段一桿柱進行三種手爪圖個別的測 詴,測詴結果如圖3.12所示,這張圖主要在說明三種不同手爪經過 夾緊,鬆開後固定,直到15秒時間結束,可以看出款式一手爪並無 法保持穩定夾持與帄衡,經過1~2秒後手爪即因左右震盪而滑落,手 爪款式二的夾角型以及款式三圓弧形,其X軸偏擺曲線則呈現較為帄 穩,款式三圓弧型手爪的高低震盪值又略大於夾角型。
圖3.12 三種手爪於桿柱區段一的X軸向偏擺位移量曲線圖 圖 3.13 所示這是圖 3.9 區段二部分三種手爪的曲線圖,很明顯 的原設計(款式一)手爪依然無法完成攀爬動作,而款式二圓弧型手 爪因為桿柱半徑變小,偏移在三秒過後有逐漸增大的趨勢,而款式 三夾角型手爪依然維持的較為穩定而少量的曲線。
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圖 3.13 三種手爪於桿柱區段二部分的 X 軸向偏擺位移量曲線圖
圖 3.14 所示為三種手爪攀爬區段三桿柱的曲線圖,因為經過模 擬結果,原本形狀的手爪在桿的四個區段均無法攀爬,所以桿柱區 段區段三、區段四的模擬結果曲線圖只針對款式三夾角型以及款式 二圓弧型進行討論。圓弧型手爪在手爪開閤及手臂旋轉期間雖無較 大偏移,但動作結束以後似乎無法穩定,偏移越來越明顯到模擬結 束已經有接近 14mm 的偏移量了,夾角型在三秒之前經過手爪開閤以 及手臂旋轉除了有較快速度回復原位置的小震盪外,之後呈現較圓 弧型為穩定的曲線。
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圖 3.14 三種手爪於桿柱區段三的 X 軸偏擺位移量曲線圖
圖 3.15 所示為三種手爪攀爬桿柱區段四部分,到了整根桿柱半 徑最小的部分,款式三夾角型的偏移量的幅度和前三區段的模擬結 果相去不遠約在 7mm 附近;但是款式二圓弧型因為手爪與桿柱接觸 面積大幅減少,圓柱與手爪之間幾乎呈點接觸,變得非常不穩定,
偏移量在 15 秒時已漸增加趨近 20mm。
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圖 3.15 三種手爪於桿柱區段四的 X 軸偏擺位移量曲線圖
以下表格 3.9 所示為將桿柱四個部分和三種手爪分別於四部份模 擬數據做整理,表格數據為各種手爪於相同動作結束後末位置。從 這個表格可以看出,款式二圓弧型在桿柱較底層半徑較大時,偏移 量與款式三夾角型相去不遠,但是越往上桿柱半徑越小,款式二圓 弧型手爪接觸面積越小,穩定性也越來越差,反觀款式二夾角型則 在四個部分雖有微小偏移,而相較之下較為穩定。
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